Пинбол-эффект. От византийских мозаик до транзисторов и другие путешествия во времени

Оснащенные паровыми машинами текстильные производства располагались в местах, богатых углем, — главным образом в графстве Ланкашир в центральной Англии. Где был уголь, там был и светильный газ ^{103 — 29 , 60} , так что фабрики, оснащенные газовыми рожками, не останавливались даже ночью, и объемы выпуска продукции удвоились.

Газовое освещение значительно сокращало риск возникновения пожаров: один газовый рожок давал столько света, что заменял двадцать три свечи. Газ стремительно набирал популярность. Рожками были оборудованы улицы почти всех городов Великобритании, в 1850 году газ появился в Торонто, а в 1872 году — в Токио. Освещение улиц в будущем сулило большие прибыли, это привлекло внимание Томаса Эдисона ^{104 — 31 , 41 , 55} , который бахвалился, что сможет сделать электричество настолько дешевым, что при свечах будут ужинать лишь богачи. В 1882 году он открыл первую электростанцию на Перл-стрит в Нью-Йорке. Это событие привело в ужас производителей газа и резко сократило инвестиции в их предприятия. Тремя годами позже ученик Роберта Бунзена ^{105 — 86 , 196} (уж он-то смыслил в газе) нашел способ продлить жизнь газовым компаниям еще на несколько десятилетий.

Карл Ауэр фон Вельсбах, так его звали, был сыном директора императорской типографии в Вене. Во время работы в лаборатории Бунзена в Гейдельберге Вельсбах очень заинтересовался «редкими землями». В ходе экспериментов он обратил внимание, что некоторые соли, содержащие редкоземельные элементы, ярко светятся при нагревании. Продолжив исследования, он обнаружил, что если поднести к пламени газового рожка кусок сетчатой ткани из хлопка си-айленд, обработанный нитратом тория с примесью солей церия ^{106 — 311} , то сетка будет светиться ярким белым светом.

В 1885 году Вельбах получил патент на калильную сетку для газового фонаря. Это изобретение повысило яркость газовых рожков примерно в семь раз, помогло текстильщикам ^{107 — 290} и дальше работать при газовом освещении и производить ткань быстро и дешево, и таким образом продлило век газового рожка до начала Первой мировой войны. Только тогда электричество стало более выгодным источником освещения. Калильные сетки до сих пор используются в туристских газовых фонарях. Вельсбах посвятил всю свою оставшуюся жизнь поиску и изучению редкоземельных элементов, но общественное признание и титул баронета он получил именно за усовершенствование газового рожка. Для пущей важности в качестве своего дворянского девиза он избрал слова «Больше света!».

Тем временем для некоторых производств, особенно в текстильной отрасли, все бoльшую важность приобретало качество и состав воздуха в производственных помещениях. Для изготовления и обработки волокон ткани и нитей была необходима определенная температура и уровень влажности. Первые системы кондиционирования воздуха появились на американских ткацких фабриках еще в 1838 году. Они увлажняли воздух при помощи роторного насоса и форсунок для подачи воды, что предохраняло нити от разрыва. В 1890 году продувка воздуха надо льдом поддерживала прохладу в Карнегихолле и создавала условия для хранения товара на складах фирмы «Истман Кодак» ^{108 — 45} .

Именно текстильной промышленности мы должны сказать спасибо за идею кондиционирования воздуха. Сам этот термин был впервые использован фабрикантом Стюартом У. Крамером в докладе для Американской ассоциации производителей хлопковых тканей. Слово «кондиционирование» относилось не к качеству воздуха, а к состоянию, или кондиции, хлопкового волокна. Первым настоящим кондиционером в современном смысле этого слова можно считать устройство, предложенное в 1902 году инженером из Буффало Уиллисом Кэрриером. Принцип действия был следующим: воздух, нагнетаемый в помещение, проходил через катушки из медных трубок, внутри которых циркулировала холодная вода, и таким образом охлаждался. Температура в помещении регулировалась при помощи изменения температуры воды в медных трубках и скорости подачи воздуха.

Однако настоящий прорыв в регулировании температуры произойдет благодаря появлению новых материалов для термоизоляции. Первый шаг на пути их изобретения сделали создатели двух так называемых «стеклянных платьев». Одно из них сшили для испанской принцессы Эулалии, другое предназначалось звезде Бродвея Джорджии Кайван. Второе платье демонстрировалось на Всемирной выставке 1893 года в Чикаго ^{109 — 42 , 73} , а сейчас выставлено в Музее искусств и ремесел в городе Толедо штата Огайо. Платья вызвали большой ажиотаж, хотя создавались, скорее, для рекламных целей и перспективы попасть в серийное производство и модные магазины не имели. Кроме всего прочего, они были страшно дороги в производстве. Ткань плелась из шелковых и стеклянных нитей и выглядела как сверкающий атлас. Изготовил ее Эдвард Драммонд Либби, владелец компании, выпускающей стекло. В 1903 году Либби и его управляющий Оуэнс создали новую фирму «Оуэнс боттл машин», а позже — один из крупнейших американских стекольных концернов «Оуэнс-Иллинойс».

Первая мировая война вывела производство стекла на принципиально новый уровень. Потребовалось огромное количество линз для биноклей, фотоаппаратов, прицелов и кинопроекторов. Ранее б'oльшая часть оптики закупалась в Германии, так что с началом войны ее запасы стали быстро подходить к концу. В целях обеспечения обороноспособности страны Национальный научно-исследовательский совет США постановил наладить выпуск шести различных типов линз силами американских производителей. Ежедневно для военных нужд требовалось производить около пятисот килограммов линз. Производство стекла превратилось в масштабную и наукоемкую отрасль промышленности.

«Оуэнс-Иллинойс» и другой стекольный гигант, компания «Корнинг», начали сотрудничать в исследовательской сфере, и по окончании войны в производстве стекловолокна произошел значительный прогресс. Появились стеклянная пряжа, которую можно было использовать для электроизоляции и создания фильтрующей ткани, и стекловата — очень легкое изолирующее покрытие. Стекловолокно получали продавливанием жидкого стекла сквозь мелкие отверстия в платиновом плавильном сосуде, затем волокна скручивались в нить и наматывались на барабан. Из нитей можно было сделать шнуры или полотно, а затем расплавить, придав стеклу нужную форму. Во время Второй мировой войны стекловолокно использовали для производства немагнитных мин, сбрасываемых топливных баков для самолетов и различных видов термоизоляции.

После войны представители «Оуэнс-Иллинойс» пошли в народ и стали устраивать выездные презентации своей продукции. Например, они демонстрировали будильник в контейнере из стекловолокна, который не было слышно снаружи, или мороженое, не таявшее в таком контейнере, хотя рядом стояла разогретая плита, показывали трюк со спортсменом-тяжеловесом, который раскачивался на тонких лентах стекловолокна, или просто просили кого-нибудь из публики разбить стекловолокно кувалдой. Последнее, кстати, так никому и не удалось.

В 1951 году Чарльз Таунс сидел на скамейке в вашингтонском парке и коротал время перед встречей в Управлении исследовательских работ ВМС США. Он был физиком и занимался передачей радиосигнала в водной среде. Внезапно на него снизошло озарение, которое произведет переворот в применении стекловолокна: молекулы можно заставить колебаться и испускать микроволновое излучение. В лаборатории он провел опыт и установил, что под действием тепла или электричества молекулы аммиака вибрируют с частотой двести сорок миллиардов колебаний в секунду. Таунс предположил, что если возбужденные молекулы можно подвергнуть воздействию микроволнового излучения той же частоты, молекулы аммика также станут испускать микроволны с большей энергией и возбуждать другие молекулы аммиака, таким образом, произойдет своего рода цепная реакция.

В 1953 году Таунс получил когерентный поток микроволн в ходе процесса, который получил название усиление микроволн посредством вынужденного излучения, или мазер ( англ.MASER — microwave amplification by stimulated emission of radiation). В 1960 году Теодор Майман продолжил исследования в этом направлении и использовал в экспериментах рубиновый цилиндр с параллельными основаниями, покрытыми серебром. Для «накачки» энергии применялась импульсная ксеноновая лампа. Прозрачная поверхность цилиндра пропускала свет, при помощи электромагнитов частота колебаний в рубине подстраивалась под частоту поступающего света, и в результате происходил выброс монохроматического микроволнового излучения. Посеребренные стенки цилиндра отражали излучение в обоих направлениях, его интенсивность росла, и в итоге возникал необыкновенно мощный когерентный луч света.